[发明专利]SiBOC先驱体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种先驱体的制备方法。

背景技术

先驱体转化法制备的Si-C-O体系陶瓷可以将SiO₂结构中的部分二价O替代为四价C，其结构更加稳定，相对氧化硅而言，Si-O-C陶瓷具有更好的高温稳定性和力学性能，但是在1300℃以上，Si-O-C陶瓷由于发生碳热还原反应而分解。研究发现，B元素的引入可以显著提高材料的高温性能，合成的Si-B-O-C体系材料可以抑制方石英的的析晶，提高材料的力学性能，而且其分解温度提高至1500℃以上，热稳定性能更加优异。因而Si-B-O-C体系材料在高温领域具有较好的应用前景。而要想得到性能优异的Si-B-O-C体系材料，关键在于Si-B-O-C先驱体的合成，现有的Si-B-O-C先驱体的合成方法主要是利用硼酸与烷氧基硅烷反应得到，目前常用的烷氧基硅烷为R′_xSi(OR)_4-x (x=1, 2, 3, 其中R′=Vi, Me, Et, H等, R=Et, Me等)。由于这些烷氧基硅烷为小分子，合成的SiBOC先驱体多为体型或支链型聚合物，可纺性差，很难用于纤维的制备。为了提高SiBOC先驱体的可纺性，有些学者向体系中引入链状Si-O骨架的二甲基二乙氧基硅烷，或者引入助纺剂，但是多种聚合物的混合不利于制备具有理想化学组成和均匀结构的陶瓷产品。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有方法制备得到的SiBOC先驱体可纺性差，制备具有理想化学组成和均匀结构的陶瓷制品较困难的问题，而提供了SiBOC先驱体的制备方法。

本发明SiBOC先驱体的制备方法按照以下步骤进行：一、含氢硅氧烷与醇类物质按照1∶1~1.5的体积比混合得到混合物，再加入占混合物体积百分比为0.05%~1%的乙二胺，在室温下反应2.5~3.5个月得到烷氧基硅氧烷；二、步骤一得到的烷氧基硅氧烷与硼酸按照Si/B摩尔比为1∶0.025~1的比例混合，再加入与步骤一相同的醇类物质至硼酸全部溶解，在64~100℃条件下回流保温2～10小时，即得到了SiBOC先驱体；其中步骤一中含氢硅氧烷为含氢硅氧烷或含氢聚硅氧烷，含氢硅氧烷为四甲基环四硅氧烷或四甲基二氢硅氧烷，含氢聚硅氧烷为聚甲基氢硅氧烷或含氢硅油。

本发明方法制备方法通过对原料配比的调节实现对材料成分的控制，所得先驱体成分均一，工艺简单，且所用的含氢硅氧烷、含氢聚硅氧烷、醇类、硼酸均为商品化产品，成本低廉。本发明方法制备的SiBOC先驱体中含有大量线型分子链，且粘度可调，具有优良的可纺性和浸渍性，可以用于纤维和复合材料等陶瓷制品的制备，其中制备得到的SiBOC陶瓷纤维直径约为10μm、具有圆形截面，表面致密光滑无空洞，具有较好的高温性能。通过差热-热重分析法进行检测发现SiBOC先驱体在1000℃条件下裂解的陶瓷产率在70~90%之间，陶瓷产率高，可提高SiBOC陶瓷的性能；用本发明的SiBOC先驱体制备得到的SiBOC陶瓷在1500℃的惰性气体环境下热处理1h没有质量变化，而在1600℃的惰性气体环境下热处理1h，其质量损失仅为1%~3%，高温稳定性优异，可在1400℃以上的条件下使用。用本发明的SiBOC先驱体能够制备得到优异的力学性能和高温稳定性的SiBOC陶瓷制品，用本发明的SiBOC先驱体能够制备得到的理想化学组成和均匀结构的陶瓷制品。

附图说明

图1为具体实施方式十中SiBOC陶瓷纤维的SEM图。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式SiBOC先驱体的制备方法按照以下步骤进行：一、含氢硅氧烷与醇类物质按照1∶1~1.5的体积比混合得到混合物，再加入占混合物体积百分比为0.05%~1%的乙二胺，在室温下反应2.5~3.5个月得到烷氧基硅氧烷；二、步骤一得到的烷氧基硅氧烷与硼酸按照Si/B摩尔比为１∶0.025~1的比例混合，再加入与步骤一相同的醇类物质至硼酸全部溶解，在64~100℃条件下回流保温2～10小时，即得到了SiBOC先驱体；其中步骤一中含氢硅氧烷为含氢硅氧烷或含氢聚硅氧烷，含氢硅氧烷为四甲基环四硅氧烷或四甲基二氢硅氧烷，含氢聚硅氧烷为聚甲基氢硅氧烷或含氢硅油。

本实施方式步骤一中反应过程中有大量氢气产生。

本实施方式步骤一和步骤二中醇类物质均为甲醇、乙醇或丙醇，其中乙醇为无水乙醇。

本实施方式步骤一中乙二胺作为催化剂存在。